2. Физические основы технологических процессов электроискрового легирования заготовок

1. Описание процесса электроискрового легирования

Электроискровое легирование позволяет нанести прочно сце­пленный с легируемой поверхностью слой покрытия, у которого из-за диффузии элементов отсутствует граница раздела между на­несенным материалом и материалом основы.

Электроискровое легирование использует явление элек­трической эрозии в газовой среде (в отличие от электроэрозион­ной обработки, которая осуществляется в жидкой среде).

Схема установки для электроискрового легирования пред­ставлена на рис. 1.9, а.

Генератор униполярных импульсов 1 типа ЙС подключается к электродам, причем катодом 3 служит легируемая поверхность де­тали, а анодом 2 - заостренный легирующий электрод.

Электроэрозшонное легирование проводят при обратной полярности, и частицы расплавленного металла оседают на катоде (заготовке).

т,

кг

о

1

1 1

І 1

А 2 4 6 /,мин

Рис. 1.9. Схема установки для электроискрового легирования

При каждом разряде с анода удаляется весьма малая частичка материала, которая достигает поверхности катода и осаждается на ней. Такой эффект процесса электрической эрозии - осаждение на катоде выброшенных нз анода частиц используется нрн элек­троискровом легирования металлических поверхностей.

При прохождении между электродами одиночного электриче­ского разряда на поверхности катода образуется лунка с краями, несколько приподнятыми над первоначальной поверхностью ме­талла. Это результат деформации металла, расплавившегося в мес­те прохождения разряда. Материал, перенесенный с анода, распо­лагается на вогнутой поверхности лунки. Размер лунки и качество перенесенного материала в основном зависят от эрозионной стой­кости материала и энергии разряда.

При перемещении анода вдоль легируемой поверхности она покрывается лунками, поверхности которых имеют в своем составе материал анода. В дальнейшем последующие разряды проходят через края лунок (наиболее выступающую часть поверхности). Ме­талл, переносимый с анода, «прилипает» (сплавляется, смешивает­ся)^ поверхности катода и образует слой покрытия.

Материал в парообразном и жидко-капельном состояниях, выброшенный из анода в виде расширяющегося пучка, попадает в межэлектродное пространство, разогретое прошедшим электриче­ским импульсом до температуры, при которой возможно сущест­вование вещества в ионизированном состоянии. Эти частицы уда­ряются о поверхность катода, также локально разогретую электри­

ческим разрядом, вступают с ней во взаимодействие, образуя спла­вы, твердые растворы или механическую смесь. Эти микрометал- лургические процессы протекают в отрезке времени, определяемые долями секунды, поэтому состав слоя и его физико-механические свойства часто существенно отличаются от свойств легирующего и легируемого материалов.

Качество материала, осаждаемого на легируемой поверхно­сти, зависит от удельной продолжительности легирования, т. е. от времени легирования единицы поверхности.

На рис. 1.9, б прямая 1 показывает, что в течение всего време­ни легирования анод равномерно «подает» одинаковые порции ма­териала. В первые минуты на катоде откладывается наибольшее количество материала (участок АБ кривой 2). В точке В максимума кривой 2 изменение массы катода не наблюдается, в этот момент времени количество материала, осевшего с анода, равно количест­ву материала, удаляемому с катода. В дальнейшем (см. участок ВГ> начинается обратный процесс, т. е. на катоде осаждается материала меньше, чем выбрасывается за один импульс.

Удельная продолжительность легирования, при которой на­ступает максимум покрытия, зависит от энергии единичного им­пульса и химического состава материалов электродов.

Наличие максимума в кривой свидетельствует о невозможно­сти получения покрытий большой толщины. Обычно толщина по­крытия при чистовом легировании составляет 50...ВО мкм, при гру­бом - 1...2 мм. Причины, ограничивающие толщину покрытия, по­ка полностью не выяснены.

К особенностям процесса электроискрового легирования сле­дует отнести необходимость периодического контакта электродов с помощью вибратора, колеблющегося с частотой 50 Гц. Время ка­сания 0,6...2 мс. Основной выброс металла происходит во время контакта электродов. Длительность импульса т„ = 50... 150 мкс.

Толщина и свойства слоя металла, полученного в процессе легирования, зависят от энергии импульса. Чем мощнее импульс, тем толще слой, но выше его шероховатость и ниже сплошность.

Высота неровностей при упрочнении и легировании растет с увеличением толщины наносимого слоя

Я, = 10...200 мкм.

2. Область применения электроискрового легирования

Легирование рабочих поверхностей деталей машин, аппара­тов, механизмов приборов и инструментов выполняется с целью:

• изменения твердости, пластичности, коэффициента трения, повышения жаростойкости, коррозионной стойкости, износостой­кости;

• снижения склонности к схватыванию при трении;

• освобождения от операций термообработки;

• подготовки поверхности к другим видам обработки («вспе­нивание поверхности», создание переходных слоев и Т. Д.);

• выполнения ремонтно-восстановительных работ.

Первой областью промышленного применения электроискро­вого легирования явилось упрочнение режущего инструмента Уп­рочнению подвергают режущие грани резцов, фрез, пил для метал­ла и дерева. В результате электроискрового легирования срок службы некоторых видов инструмента повышается в 20 раз.

Хорошо зарекомендовало себя электроискровое легирование для деталей цилиндрических и сферических подшипников сколь­жения в условиях сухого трения при высоких нагрузках и темпера­турах, при работе как на воздухе, так и в вакууме. Электроискро­вые покрытия поверхностей трения хорошо работают в режиме «пуск - остановка - пуск» вследствие их пониженной склонности к схватыванию.

Электроискровое легирование применяется при ремонтных ра­ботах. Возможность восстановления размеров изношенных поверх­ностей до номинальных позволяет использовать детали без пере- шлифовки их на ремонтный размер. Большое значение в ремонтном деле имеет то, что при электроискровом легировании можно восста­навливать закаленные детали без их повторной термообработки.

• 1.3. Физические основы технологических процессов